新規電気化学プロセス―ワイヤレス電解剥離法―による二次元材料の創出と構造制御

使用新的电化学过程——无线电解剥离方法来创建和控制二维材料

• 批准号: 21K04835
• 负责人: 橋本 英樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kogakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04835/
• 关键词: グラファイト; グラフェン; バイポーラ電気化学; マイクロリアクター; 電解液; 電気化学剥離

本研究では，バイポーラ電気化学，アノード酸化，インターカレーション反応を組合せて独自に開発した，“ワイヤレス電解剥離法”にマイクロリアクターの概念を取り入れ，微細なグラファイトを一括で大量に電解処理し，グラフェンを合成しその構造を制御する手法を提案する。将来的にはこの手法を様々な層状化合物に適用し，二次元材料のユニバーサルな合成手法へと展開することを考えている。具体的には，ワイヤレス電解剥離法を基盤として，マイクロ流路内で電気化学反応を制御することで，グラファイト粉末の高効率剥離法を確立する。①バッチ式電解装置，②フロー型電解装置，③直接通電の大きく3つの研究実施項目を設定しており，2年目はそれぞれの項目について以下の成果が得られた。①バッチ式電解装置：ビーカースケールのワイヤレス電解剥離において，剥離物の構造に及ぼす出発原料の結晶性の違いの影響を明らかにするために，膨張黒鉛を成形して得られる膨張黒鉛シート，高分子を高温で加熱することで得られる高配向性グラファイトシート，天然黒鉛粉末について，バッチ式電解装置における基礎検討を進めた。その結果，剥離物の構造は出発物質の構造に強く影響を受けることが明らかになった。②フロー型電解装置：外部電極間距離はワイヤレス試料近傍に生じる電圧・電流を制御可能な重要因子であり，距離が短いほど高い電圧・電流が生じる。そのため，フロー型電解装置において外部電極間距離を段階的に短縮することを検討した。その結果，電極間距離をミリメートルスケールまで短縮した流路を設計できた。③直接通電：多孔質二次元薄膜が得られる炭酸水素アンモニウム電解液を用いて，剥離物の構造に及ぼす電解因子の影響を明らかにした。

In this study, we propose a method for the development of electrochemistry, acidification, reaction and reaction combinations independently, and the introduction of the concept of "electrolytic stripping method", including a large number of electrolytic treatments, synthesis and structural control of fine particles. In the future, this method is suitable for layered compounds, and the synthesis method of secondary materials is developed. Specifically, the electrolytic stripping method for the substrate and the electrochemical reaction control method for the flow path were established. 1. The research and implementation project of the direct electrification of the large-scale electrolytic device; 2. The following achievements have been achieved in the past two years.① Type electrolyzer: In the process of electrolytic stripping, the structure of the stripping material and the influence of the crystallinity of the raw material are discussed. The expansion black lead is formed. The expansion black lead is heated at high temperature. The high alignment of the polymer is obtained. The natural black lead powder is removed. The basic discussion of the electrolytic device is carried out. As a result, the structure of the exfoliated material is strongly influenced by the structure of the material. 2. Electrolytic device: distance between external electrodes is close to the sample, voltage and current may be controlled by important factors, distance is short, voltage and current are high. The distance between the external electrodes of the electrolytic device is gradually shortened. As a result, the distance between the electrodes can be shortened and the flow path can be designed. (3) Direct current: porous two-dimensional thin films are obtained by using carbon dioxide and electrolyte, and the structure of exfoliated materials and the influence of electrolyte factors are clearly indicated.

项目成果

モリブデン酸塩水溶液を用いたグラファイ トの電解剥離

使用钼酸盐水溶液电解剥离石墨

• 发表时间: 2022
• 作者: 須崎洸喜;前川隆一;西川泰司;仁科勇太;橋本 英樹
• 通讯作者: 橋本 英樹

硫酸電解液中でのグラファイトの剥離挙動

石墨在硫酸电解液中的剥离行为

• 发表时间: 2021
• 作者: Akter M.;Keya J. J.;Kayano K.;Kabir A. M. R.;Inoue D.;Hess H.;Sada K.;Kuzuya A.;Asanuma H.;Kakugo A.;前川隆一，村松勇輔，久留匠，橋本英樹
• 通讯作者: 前川隆一，村松勇輔，久留匠，橋本英樹

Exfoliation Behavior of Graphite in Sulfuric Acid Electrolyte

硫酸电解液中石墨的​​剥落行为

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryuichi Maekawa;Yusuke Muramatsu;Takumi Hisadome;Hideki Hashimoto
• 通讯作者: Hideki Hashimoto

硫酸中におけるグラファイトの剥離物の 構造に及ぼす電解因子の影響

硫酸中电解因素对膨胀石墨结构的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 前川隆一;村松勇輔;久留匠;梶原大意;須崎洸喜;西川泰司;仁科勇太;橋本英樹
• 通讯作者: 橋本英樹

硫酸中でのパルス電解を利用したグラファ イトの剥離物のサイズ制御

使用硫酸中的脉冲电解控制石墨剥落的尺寸

• 发表时间: 2022
• 作者: 梶原大意;前川隆一;西川泰司;仁科勇太;橋本 英樹
• 通讯作者: 橋本 英樹